一種高精度土壤重金屬檢測裝置的製作方法

2023-04-25 00:46:27 4

本發明涉及土壤檢測技術領域，具體為一種高精度土壤重金屬檢測裝置。

背景技術：

重金屬原義是指比重大於5的金屬(一般來講密度大於4.5克每立方釐米的金屬)，包括金、銀、銅、鐵、鉛等，重金屬在人體中累積達到一定程度，會造成慢性中毒；對什麼是重金屬，其實目前尚沒有嚴格的統一定義，在環境汙染方面所說的重金屬主要是指汞(水銀)、鎘、鉛、鉻以及類金屬砷等生物毒性顯著的重元素。重金屬非常難以被生物降解，相反卻能在食物鏈的生物放大作用下，成千百倍地富集，最後進入人體；重金屬在人體內能和蛋白質及酶等發生強烈的相互作用，使它們失去活性，也可能在人體的某些器官中累積，造成慢性中毒；在土壤之中存在著許多的元素，這些元素以不同的形式分布在土壤之中，有的元素對土壤有好處，有的元素對土壤有壞處，尤其是重金屬元素對於人體健康有一定的損害；

土壤環境監測是指通過對影響土壤環境質量因素的代表值的測定，確定環境質量(或汙染程度)及其變化趨勢。我們通常所說的土壤監測是指土壤環境監測，其一般包括布點採樣、樣品製備、分析方法、結果表徵、資料統計和質量評價等技術內容，土壤檢測對於土壤的保護和有效利用有著重要的意義，尤其是了解土壤中重金屬的含量和組成；

申請號為201410816225.4，專利名稱為一種土壤重金屬檢測方法及裝置及系統，屬於土壤檢測領域，該方法包括：在預設檢測條件下，土壤重金屬檢測裝置獲得待檢測土壤的第二特徵x射線譜，第二特徵x射線譜中包括與待檢測土壤中的重金屬對應的波長和強度；將第二特徵x射線譜中的波長和強度與第一特徵x射線譜中的波長和強度進行對比，將第一特徵x射線譜線中，與第二特徵x射線譜中的波長相同的波長對應的重金屬種類作為待檢測土壤中的重金屬種類；將第一特徵x射線譜和第二特徵x射線譜中，同一種類重金屬對應的強度進行對比，根據第一特徵x射線譜中，強度與重金屬已知含量的對應關係，得出待檢測土壤中的重金屬含量，進而顯著提高了土壤重金屬檢測結果的準確性；

但是目前的一些土壤檢測裝置在進行土壤檢測的時候不能合理的取出不同深度的土壤樣品，而且在檢測的時候不能對土壤中的元素進行全面的分析和檢測，導致汙染準確了解土壤的情況，不利於土壤的檢測。

技術實現要素：

為了克服現有技術方案的不足,本發明提供一種高精度土壤重金屬檢測裝置，通過傳感器檢測和光譜分析相結合的方式進行土壤中的重金屬檢測，大大提高了檢測的精確性，便於對不同深度的土壤進行快速取樣和檢測，有助於人們及時了解土壤情況，有助於土壤的保護和治理，值得推廣。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：一種高精度土壤重金屬檢測裝置，包括取樣裝置、分段裝置、檢測裝置和分析處理系統和數據系統，所述取樣裝置包括取樣筒、切口裝置、支撐架和調節裝置，所述取樣筒通過連接座與調節裝置連接在一起，所述支撐架由支撐座和若干個支撐杆組成，所述支撐杆分別安裝在支撐座底端進行支撐，分析處理系統和數據系統均設置在支撐座內部；所述調節裝置包括第三液壓杆、安裝板和彈簧座，第三液壓杆的頂端通過安裝板與支撐座的底端連接在一起，第三液壓杆底端連接有彈簧座，彈簧座通過連接座與取樣筒頂端連接在一起；所述支撐杆包括氣壓杆和緩衝杆，所述緩衝杆的一端與支撐座的底面固定，另一端通過安裝座與氣壓杆連接在一起，所述氣壓杆遠離安裝座的一端設置有金屬墊塊，利用緩衝杆和金屬墊塊減少對地壓力，避免氣壓杆插入土壤中；所述檢測裝置設置在取樣筒的下方，檢測裝置通過滑動機構在取樣筒下方來回移動；所述滑動機構包括設置在氣壓杆底端之間的底座，所述底座為中空結構，底座的表面設置有滑槽；所述取樣筒的底端為開口設計，切口裝置設置在取樣筒的底端，所述第三液壓杆推動取樣筒朝土壤方向推進時，切口裝置破開土壤，便於將取樣筒進入到土壤內部進行取樣；所述分段裝置設置在取樣筒內，用於對取樣的土壤進行剪斷和擠出。

具體地，所述檢測裝置包括檢測臺、清洗裝置、檢測池、光譜檢測裝置，所述清洗裝置設置在檢測池的外側，所述檢測池和光譜檢測裝置通過固定座設置在檢測臺上，檢測臺的底部設置有滑動座，滑動座設置在滑槽內。

進一步地，所述清洗裝置包括進水管和出水管，所述進水管通過水泵將外部的水泵入至檢測池內，出水管設置在檢測池的底端，所述出水管連接有回收桶，利用進水管將水抽入檢測池內部，對檢測池進行清洗，清洗之後將水通過出水管排出即可。

進一步地，所述檢測池包括檢測電源、工作電極、超聲攪拌裝置和檢測傳感器，檢測電源為工作電極進行供電；所述工作電極包括正、負電極，所述檢測傳感器包括參比電極、對電極和基板，所述參比電極、對電極環形設置在工作電極外側，參比電極、對電極和工作電極均連接有電極接線，電極接線之間通過環氧樹脂進行絕緣，檢測傳感器通過電極接線與外部連接。

進一步地，所述取樣筒為空腔結構，其內壁包括第一金屬壁、第二金屬壁，且第一金屬壁和第二金屬壁之間設置有間隙，所述取樣筒的外表面設置有若干個凸起條，所述凸起條均勻設置在取樣筒的外表面，所述凸起條表面採用流線型傾斜設置，且凸起條上部的寬度大於下部的寬度。

再進一步地，所述切口裝置包括開口刀，所述開口刀設置在取樣筒的底端，所述間隙內部底端固定安裝有刀盤，刀盤通過金屬杆與開口刀連接在一起。

再進一步地，所述分段裝置包括出料裝置和裁切裝置，所述出料裝置設置在取樣筒的內腔中，通過推動出料裝置將取樣筒中的土壤取出；所述裁切裝置設置在取樣筒的第一金屬壁與第二金屬壁之間的間隙中，通過裁切裝置將土壤剪斷。

更進一步地，所述出料裝置包括推桿、推動座以及第一液壓杆，所述推動座設置在取樣筒的內腔中，且推動座的截面大小與取樣筒內腔的大小一致，所述推桿的底端與推動座以螺旋方式連接，推桿的頂端與第一液壓杆連接，第一液壓杆遠離推桿的一端與取樣筒的頂端連接，所述推動座的表面設置有若干個防刮墊片。

更進一步地，所述裁切裝置包括金屬板、固定盤、第二液壓杆以及連接塊，所述固定盤安裝在第一金屬壁上，所述第二液壓杆通過連接塊設置在固定盤上，金屬板設置在第二液壓杆上，且第二金屬壁的表面設有開口，金屬板在第二液壓杆的推動下穿過第二金屬壁表面的開口，伸入至取樣筒的內腔中，從而將取樣筒內部的取樣土壤剪斷。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：本發明通過設置取樣裝置，利用調節裝置推動取樣筒對底面進行擠壓，在開口刀的作用下使得取樣筒進行地面內部進行取樣，通過調節裝置的伸縮可以自由調節，可以取出不同深度的土壤有助於對土壤進行全面分析，同時通過設置檢測裝置，利用工作電極的電化學方式將土壤中的重金屬收集起來，之後通過檢測池內部的檢測傳感器進行檢測，通過分析處理系統的msp430f1611微處理器進行分析處理之後，將數據顯示在顯示屏上，方便檢測人員直觀的了解到重金屬元素的信息，同時通過設置光譜檢測裝置，利用紅外線發射器產生紅外線，不同元素的原子的光譜不同，利用光譜分析儀進行分析處理之後，綜合兩個檢測結果對比和參考，即可得出土壤中精確的重金屬元素含量，有助於人們了解土壤的情況，該裝置通過傳感器檢測和光譜分析相結合的方式進行土壤中的重金屬檢測，大大提高了檢測的精確性，便於對不同深度的土壤進行快速取樣和檢測，有助於人們及時了解土壤情況，有助於土壤的保護和治理，值得推廣。

附圖說明

圖1為本發明結構示意圖；

圖2為本發明分析處理系統流程示意圖；

圖3為本發明取樣筒截面結構示意圖；

圖4為本發明檢測臺結構示意圖；

圖5為本發明檢測傳感器截面結構示意圖；

圖6為本發明緩衝杆結構示意圖。

圖中：1-取樣裝置；2-分段裝置；3-檢測裝置；4-分析處理系統；5-數據系統；6-取樣筒；7-切口裝置；8-支撐架；9-調節裝置；10-連接座；11-支撐座；12-支撐杆；13-出料裝置；14-裁切裝置；15-清洗裝置；16-檢測池；17-光譜檢測裝置；18-固定座；19-信號接收器；20-信號處理器；21-分析裝置；22-顯示屏；23-存儲器；24-滑槽；25-供電系統；26-第一金屬壁；27-第二金屬壁；28-間隙；29-凸起條；30-開口刀；31-刀盤；32-金屬杆；33-氣壓杆；34-緩衝杆；35-安裝座；36-上圓柱座；37-下圓柱座；38-彈簧架；39-緩衝彈簧；40-安裝槽；41-安裝支座；42-固定框；43-推桿；44-推動座；45-第一液壓杆；46-防刮墊片；47-金屬板；48-固定盤；49-第二液壓杆；50-連接塊；51-不沾塗層；52-第三液壓杆；53-安裝板；54-彈簧座；55-檢測臺；56-檢測電源；57-工作電極；58-超聲攪拌裝置；59-檢測傳感器；60-參比電極；61-對電極；62-基板；63-電極接線；64-紅外線發射器；65-光譜分析儀；66-進水管；67-出水管；68-回收桶；69-msp430f1611微處理器；70-濾波器；71-usb接口；72-sd存儲卡；73-滑動座；74-底座。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。

實施例：

請參閱圖1至圖6，本發明提供一種技術方案：一種高精度土壤重金屬檢測裝置，包括取樣裝置1、分段裝置2、檢測裝置3和分析處理系統4和數據系統5，取樣裝置1包括取樣筒6、切口裝置7、支撐架8和調節裝置9，支撐架8由支撐座11和若干個支撐杆12組成，支撐杆12分別安裝在支撐座11底端進行支撐；調節裝置9包括第三液壓杆52、安裝板53和彈簧座54，第三液壓杆52頂端通過安裝板53和支撐座11的底端連接在一起，第三液壓杆52底端連接有彈簧座54，彈簧座54通過連接座10與取樣筒6頂端連接在一起；檢測裝置3設置在取樣筒6的下方，並通過滑動機構進行移動，當需要取樣時，將檢測裝置3移開，使檢測裝置不會擋住取樣筒6向下取樣；當取樣完成進行土壤檢測時，通過滑動機構將檢測裝置3移動到取樣筒6的正下方，使檢測裝置3正對著取樣筒6；取樣筒6的底端為開口設計，切口裝置7設置在取樣筒6底端，第三液壓杆52推動取樣筒6朝土壤方向推進時，切口裝置7破開土壤，便於將取樣筒6進入到土壤內部進行取樣；分段裝置2設置在取樣筒6內，用於對取樣的土壤進行剪斷和擠出。

如圖2所示，取樣筒6的底部為開口設計，且其內部為空心結構，其內壁包括第一金屬壁26、第二金屬壁27，且第一金屬壁26和第二金屬壁27之間設置有間隙28，間隙28的寬度大於取樣筒6半徑的一半，取樣筒6外表面設置有若干個凸起條29，凸起條29均勻設置在取樣筒6表面，凸起條29表面採用流線型傾斜設置，凸起條29上部的寬度大於下部的寬度，使得取樣筒6在進入地面產生的阻力更小，更加方便將土地深處的土壤取出；切口裝置7包括開口刀30，開口刀30設置在取樣筒6底端，間隙28內部底端固定安裝有刀盤31，刀盤31通過金屬杆32與開口刀30連接在一起，利用開口刀30將土壤破開，使取樣筒6能夠順利地插入到土壤中；取樣筒6插入土壤的過程中，刀盤31將間隙28堵住，避免土壤進入到間隙28內部，同時刀盤31表面採用向外部輻射的傾斜方式設置，使得刀盤31承受的阻力減小，有助於取樣；取樣筒6、開口刀30和凸起條29表面均採用鎳基合金材料，利用鎳基合金的耐磨性和耐腐蝕性，使得整體不易損壞或者腐蝕，延長了使用壽命。

如圖1所示，支撐杆12包括氣壓杆33和緩衝杆34，緩衝杆34的一端與支撐座11的底面固定，另一端通過安裝座35與氣壓杆33連接在一起，另外氣壓杆33遠離安裝座35的一端設置有金屬墊塊，利用緩衝杆34和金屬墊塊減少對地壓力，避免氣壓杆33插入土壤中；如圖3所示，緩衝杆34包括上圓柱座36、下圓柱座37和彈簧架38，彈簧架38上下兩端分別與上圓柱座36、下圓柱座37連接在一起，彈簧架38內部設置有若干個緩衝彈簧39，緩衝彈簧39之間平行設置；通過彈簧架38內部的緩衝彈簧39進行緩衝保護，避免緩衝杆34與支撐座11、緩衝杆34與氣壓杆33的連接處承受過大的壓力，減少損壞的概率，延長了使用壽命；支撐座11底端設置有安裝槽40，安裝槽40內部設置有安裝支座41，緩衝杆34通過安裝支座41安裝在安裝槽40內部，安裝座35之間通過固定框42連接，進一步鞏固對支撐杆12對取樣裝置1支撐的穩定性。

如圖2所示，分段裝置2包括出料裝置13和裁切裝置14，出料裝置13設置在取樣筒6內腔，通過推動出料裝置13，將取樣筒6中的土壤取出，出料裝置13包括推桿43、推動座44以及第一液壓杆45，推動座44設置在取樣筒6的內腔中，且推動座44的截面大小與取樣筒6的內腔大小相同，推桿43的底端與推動座44以螺旋方式連接，推桿43的頂端與第一液壓杆45連接，第一液壓杆45遠離推桿43的一端與取樣筒6的頂端連接，通過推動第一液壓杆45由液壓缸進行液壓驅動，帶動推動座44靠近取樣筒6中的土壤，由於推動座44的表面為光滑結構，推動座44與土壤接觸後，土壤不會粘在推動座44表面,推動座44表面設置有若干個防刮墊片46，防刮墊片46採用水淬熱處理合金馬氏體耐磨鋼，通過設置防刮墊片46可以有效保護推動座44，防止土壤中的硬塊對推動座44造成損傷；裁切裝置14設置在取樣筒6的第一金屬壁26與第二金屬壁27之間的間隙28中，裁切裝置14包括金屬板47、固定盤48、第二液壓杆49以及連接塊50，固定盤48安裝在第一金屬壁26上，第二液壓杆49通過連接塊50設置在固定盤48上，金屬板47設置在第二液壓杆49上，且第二金屬壁27的表面設有開口，金屬板47在第二液壓杆49的推動下穿過第二金屬壁27表面的開口，伸入至取樣筒6的內腔中，從而將取樣筒6內部的取樣土壤剪斷；在土壤擠出之後即可根據需要將對應深度的土壤剪斷，從而完成土壤樣品的挑選；金屬板47表面設置有一層不沾塗層51，不沾塗層51採用特氟龍塗層和陶瓷塗層的混合材料，利用不沾塗層51使得金屬板46表面不易沾上泥土。

如圖4所示，滑動機構包括設置在氣壓杆33底端之間的底座74，底座74中部設計為中空結構，底座74表面設置有滑槽24；檢測裝置3包括檢測臺55、清洗裝置15、檢測池16、光譜檢測裝置17，檢測池16和光譜檢測裝置17通過固定座18設置在檢測臺55上，檢測臺55的底部設置有滑動座73，滑動座73設置在滑槽24內，滑動座73通過外部的氣壓杆或者電動推桿即可推動，在外部推力的作用下，即可使得滑動座73在滑槽24內部滑動，需要對取樣的土壤進行檢測的時候，將檢測臺55移動到取樣筒6的正下方，使得檢測池16正對取樣筒6，取樣的時候將檢測臺55移動，使得檢測臺55不會擋住取樣筒6向下取樣，簡單方便。

清洗裝置15安裝在檢測池16外壁，清洗裝置15包括進水管66和出水管67，進水管66通過水泵將外部的水泵入至檢測池16內，出水管67設置在檢測池16底端，出水管67通過閥門進行控制，出水管67連接有回收桶68，利用進水管66將水抽入檢測池16內部，對檢測池16進行清洗，清洗之後將水通過出水管67排出即可。

檢測池16包括檢測電源56、工作電極57、超聲攪拌裝置58和檢測傳感器59，檢測電源56為工作電極57進行供電，工作電極57包括正、負電極，如圖5所示，檢測傳感器59包括參比電極60、對電極61和基板62，參比電極60、對電極61環形設置在工作電極57外側，參比電極60、對電極61和工作電極57均連接有電極接線63，電極接線63之間通過環氧樹脂進行絕緣，基板62採用pe材料，參比電極60表面覆蓋有銀漿，檢測傳感器59通過電極接線63與外部連接；光譜檢測裝置17包括紅外線發射器64、光譜分析儀65，紅外線發射器64設置在檢測池16側面，紅外線發射器64產生的紅外線信號照射在檢測池16內部的土壤上，不同的元素產生不同的光譜信號，光譜分析儀65通過紅外線接收器接收紅外光譜信號後，對紅外光譜進行分析即可檢測處元素的種類，將取樣筒6內部取出的採樣土壤經過篩選之後，隨著出料裝置13將取樣筒6內部的土壤排出，在排出到達合適的長度和深度時，利用裁剪裝置14進行裁剪，即可將土壤剪斷，剪斷的土壤進入檢測池16內部進行攪拌，超聲攪拌裝置58通過超聲波發射器產生超聲波進行攪拌，使得土壤和檢測池16內部鉍離子溶液充分混合；之後給工作電極57進行通電，並給工作電極57上施加一個恆定的負電勢，檢測池16內部的溶液中的被測重金屬離子沉積到工作電極57表面，隨後施加一正向脈衝掃描電勢，使沉積的重金屬迅速氧化溶出而產生強烈的溶出電流峰，溶出電流峰的峰高在一定範圍內與被測離子的濃度呈正比，而溶出峰的峰電位與被測元素種類有關；鉍離子能夠在電極表面形成一種類似於「汞齊」的鉍膜；鉍膜能與多種重金屬結合生成二元或多元合金，從而幫助重金屬離子在工作電極57表面的還原和富集，提高了檢測靈敏度。

分析處理系統4和數據系統5均設置在支撐座11內部，分析處理系統4包括信號接收器19、信號處理器20、分析裝置21和顯示屏22，數據系統5包括存儲器23和供電系統25，分析裝置21包括msp430f1611微處理器69和濾波器70，信號接收器19通過電極接線63和檢測傳感器59連接在一起，通過檢測傳感器59將檢測的信號接收，信號處理器20將信號接收器19所得信號進行處理之後傳輸到濾波器70，濾波器70將所得信號過濾之後傳輸到msp430f1611微處理器69，顯示屏22和msp430f1611微處理器69連接在一起將所得數據進行顯示，即可將所測數據顯示在顯示屏22上，存儲器23具體包括usb接口71和sd存儲卡72，存儲器23和msp430f1611微處理器69連接將數據存儲在存儲器23內部，可以通過usb接口71和外部的存儲裝置連接進行存儲，比如計算機、硬碟等，供電系統25具體採用充電鋰電池進行供電，供電系統25為分析處理系統4進行供電。

具體使用方式及優點：該高精度土壤重金屬檢測裝置，通過設置取樣裝置，利用調節裝置推動取樣筒對地面進行擠壓，在開口刀的作用下使得取樣筒進行地面內部進行取樣，通過調節裝置的伸縮可以自由調節，可以取出不同深度的土壤有助於對土壤進行全面分析，同時通過設置檢測裝置，利用工作電極的電化學方式將土壤中的重金屬收集起來，之後通過檢測池內部的檢測傳感器進行檢測，通過分析處理系統的msp430f1611微處理器進行分析處理之後，將數據顯示在顯示屏上，方便檢測人員直觀的了解到重金屬元素的信息，同時通過設置光譜檢測裝置，利用紅外線發射器產生紅外線，不同元素的原子的光譜不同，利用光譜分析儀進行分析處理之後，綜合兩個檢測結果對比和參考，即可得出土壤中精確的重金屬元素含量，有助於人們了解土壤的情況，該裝置通過傳感器檢測和光譜分析相結合的方式進行土壤中的重金屬檢測，大大提高了檢測的精確性，便於對不同深度的土壤進行快速取樣和檢測，有助於人們及時了解土壤情況，有助於土壤的保護和治理，值得推廣。

對於本領域技術人員而言，顯然本發明不限於上述示範性實施例的細節，而且在不背離本發明的精神或基本特徵的情況下，能夠以其他的具體形式實現本發明。因此，無論從哪一點來看，均應將實施例看作是示範性的，而且是非限制性的，本發明的範圍由所附權利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權利要求的等同要件的含義和範圍內的所有變化囊括在本發明內。不應將權利要求中的任何附圖標記視為限制所涉及的權利要求。